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Curso: Biologia - Ensino Médio > Unidade 14

Lição 5: Níveis tróficos
Ciências
Biologia - Ensino Médio
Ecologia
Níveis tróficos
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Cadeias alimentares e teias alimentares

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Pontos Principais:

  • Produtores, ou autótrofos, produzem suas próprias moléculas orgânicas. Consumidores, ou heterótrofos, obtêm moléculas orgânicas pela ingestão de outros organismos.
  • A cadeia alimentar é uma sequência linear de organismos através da qual nutrientes e energia passam conforme um organismo come o outro.
  • Em uma cadeia alimentar, cada organismo ocupa um nível trófico diferente, definido pela quantidade de energia que transfere e o separa da entrada básica da cadeia.
  • Teias alimentares consistem em muitas cadeias alimentares interligadas e são uma representação mais realista das relações de consumo nos ecossistemas.
  • A transferência de energia entre os níveis tróficos é ineficiente (com uma eficiência típica de aproximadamente 10%). Essa ineficiência limita a extensão das cadeias alimentares.

Introdução

Organismos de espécies diferentes podem interagir de muitas formas. Podem competir ou podem ser simbiontes (parcerias de longo prazo com uma estreita associação). Ou ainda podem fazer o que vemos muitas vezes nos programas de natureza: um deles pode comer o outro (nhac!), ou seja, eles podem formar um dos elos de uma cadeia alimentar.
Na ecologia, uma cadeia alimentar é uma série de organismos que se alimentam uns dos outros (de forma que a energia e os nutrientes passem de uns para os outros). Por exemplo, se você comeu um hambúrguer no almoço, você talvez seja parte de uma cadeia alimentar que se parece com isto: capim → vaca → ser humano. Mas e se você tivesse comido alface em seu hambúrguer? Nesse caso, você também faria parte de uma cadeia alimentar parecida com isto: alface → ser humano.
Como mostrado por esse exemplo, nem sempre podemos descrever completamente o que um organismo (como o ser humano) come com um caminho linear. Para situações como essa, podemos usar uma teia alimentar, a qual consiste em diversas cadeias alimentares que se interceptam e representa as coisas diferentes que um organismo pode comer, e por quem ele pode ser comido.
Neste artigo, vamos analisar as cadeias e teias alimentares para ver como elas representam o fluxo de energia e nutrientes nos ecossistemas.

Autótrofos vs. heterótrofos

Quais estratégias básicas os organismos usam para obter alimentos? Alguns organismos, os chamados autótrofos ("autoalimentadores"), podem produzir seu próprio alimento – isto é, seus próprios compostos orgânicos – a partir de moléculas simples, como dióxido de carbono. Há dois tipos básicos de autótrofos:
  • Os fotoautótrofos, como as plantas, usam a energia da luz solar para produzir compostos orgânicos (açúcares) a partir de dióxido de carbono na fotossíntese. Outros exemplos de fotoautótrofos incluem algas e cianobactérias.
  • Os quimioautótrofos usam a energia de compostos químicos para construir compostos orgânicos a partir de dióxido de carbono (ou moléculas semelhantes). Isso se chama quimiossíntese. Por exemplo, existem bactérias quimioautotróficas oxidantes de sulfeto de hidrogênio encontradas em comunidades de respiradouros submarinos (onde nenhuma luz pode chegar).
Os autótrofos são a base de todo ecossistema no planeta. Isso talvez soe dramático, mas não é exagero! Os autótrofos formam a base de cadeias e teias alimentares, e a energia que eles capturam da luz ou de compostos químicos sustenta todos os demais organismos da comunidade. Quando estivermos falando sobre o papel deles nas cadeias alimentares, podemos chamar os autótrofos de produtores.
Os heterotrófos ("alimenta-se de outros"), como os seres humanos, não conseguem capturar luz ou energia química para produzir seu próprio alimento a partir do dióxido de carbono. Em vez disso, eles obtêm moléculas orgânicas se alimentando de outros organismos ou de seus subprodutos. Animais, fungos e diversas bactérias são heterótrofos. Quando falamos sobre o papel deles nas cadeias alimentares, podemos chamar os heterótrofos de consumidores. Como veremos em breve, existem muitos tipos diferentes de consumidores com diferentes papéis ecológicos, desde insetos comedores de plantas até animais carnívoros e fungos que se alimentam de detritos e resíduos.

Cadeias alimentares

Agora, podemos dar uma olhada em como a energia e os nutrientes fluem através de uma comunidade ecológica. Vamos começar considerando apenas algumas relações de "quem-come-quem" – isto é, olhando para uma cadeia alimentar.
Uma cadeia alimentar é uma sequência linear de organismos por meio da qual os nutrientes e a energia passam à medida que um organismo se alimenta do outro. Vamos olhar as partes de uma cadeia alimentar típica, começando pela base (os produtores) e avançando para cima.
  • Na base da cadeia alimentar ficam os produtores primários. Os produtores primários são autótrofos e são, na maioria das vezes, organismos fotossintéticos (como plantas, algas ou cianobactérias).
  • Os organismos que comem os produtores primários são chamados consumidores primários. Os consumidores primários são geralmente herbívoros (comedores de plantas), embora possam ser comedores de algas ou bactérias.
  • Os organismos que comem os consumidores primários são chamados consumidores secundários. Os consumidores secundários são geralmente comedores de carne (carnívoros).
  • Os organismos que comem os consumidores secundários são chamados consumidores terciários. Esses são carnívoros que comem carnívoros, como águias ou peixes grandes.
  • Algumas cadeias alimentares têm níveis adicionais, como os consumidores quaternários (carnívoros que comem consumidores terciários). Os organismos que se encontram no topo da cadeia alimentar são chamados de superpredadores.
Podemos ver exemplos desses níveis no diagrama abaixo. As algas-verdes são produtores primários que são comidos por moluscos (os consumidores primários). Os moluscos, então, tornam-se almoço para o peixe Cottus cognatus, um consumidor secundário, que é comido por um peixe maior, o salmão-rei (um consumidor terciário).
Nessa ilustração, o nível trófico inferior é composto por algas verdes, que são os produtores primários. Os consumidores primários são os moluscos, ou caracóis. Os consumidores secundários são peixes pequenos como Cottus Cognatus. O consumidor terciário e ápice é o Salmão-Rei.
Crédito da imagem: "Ecology of ecosystems: Figure 3," por OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.
Cada uma das categorias acima é chamada de nível trófico e reflete quantas transferências de energia e nutrientes (quantas etapas de consumo) separam um organismo da fonte de energia original da cadeia alimentar, como a luz. Como exploraremos adiante, atribuir organismos a determinados níveis tróficos nem sempre é fácil. Por exemplo, os seres humanos são onívoros que podem comer tanto plantas quanto animais.

Decompositores

Um outro grupo de consumidores merece ser mencionado, embora nem sempre apareça nos desenhos de cadeias alimentares. Esse grupo é formado pelos decompositores, que são organismos que decompõem matéria orgânica morta e resíduos.
Os decompositores, às vezes, são considerados seu próprio nível trófico. Como um grupo, eles comem matéria morta e resíduos de produtos provenientes de organismos de vários outros níveis tróficos (por exemplo, para eles tanto faz consumir matéria vegetal em decomposição ou os restos mortais de um esquilo ou de uma águia). Nesse sentido, o nível decompositor segue em paralelo à hierarquia padrão dos consumidores primários, secundários e terciários.
Os fungos e as bactérias são os principais decompositores em muitos ecossistemas, usando a energia química da matéria morta e dos resíduos para abastecerem seus processos metabólicos. Outros decompositores são detritívoros (comedores de detritos ou restos orgânicos). Esses são geralmente animais multicelulares como minhocas, caranguejos, lesmas ou abutres. Eles não apenas se alimentam de matéria orgânica morta como também a fragmentam, deixando-a mais acessível para bactérias ou fungos decompositores.
Exemplos de decompositores: à esquerda, fungos crescendo em um tronco; à direita, uma minhoca.
Créditos da imagem: à esquerda, "Decomposers," por Courtney Celley/USFWS, CC BY 2.0. À direita, "Earthworm," por Luis Miguel Bugallo Sánchez, CC BY-SA 3.0.
Como um grupo, os decompositores desempenham um papel fundamental na manutenção de ecossistemas saudáveis. Quando eles quebram material morto e resíduos, eles liberam nutrientes que podem ser reciclados e usados como blocos de construção por produtores primários.

Teias alimentares

As cadeias alimentares nos dão uma imagem clara de quem come quem. No entanto, surgem alguns problemas quando tentamos utilizá-las para descrever comunidades ecológicas inteiras. Por exemplo, um organismo, às vezes, pode comer vários tipos de presa ou ser comido por vários predadores, inclusive em diferentes níveis tróficos. Isso acontece, por exemplo, quando você come um hambúrguer (vaca = consumidor primário) com uma folha de alface (alface = produtor primário).
Para representar essas relações com mais precisão, podemos usar a teia alimentar, um gráfico que mostra todas as interações tróficas (relações alimentares) entre diversas espécies em um ecossistema. O diagrama abaixo mostra um exemplo de uma teia alimentar do Lago Ontário. Os produtores primários estão marcados em verde; os consumidores primários, em laranja; os consumidores secundários, em azul; e os consumidores terciários, em roxo.
O nível inferior da ilustração mostra produtores primários, que incluem diatomáceas, algas verdes, algas verde-azuladas, flagelados e rotíferos. O próximo nível inclui os consumidores primários, que comem os produtores primários. Nesse nível estão os calanoides, as pulgas d'água, os ciclopoides, os rotíferos e os anfípodes. O camarão também come produtores primários. Os consumidores primários são comidos pelos consumidores secundários, que são tipicamente peixes pequenos. Os peixes pequenos são comidos por peixes maiores, os consumidores terciários. A perca-amarela, um peixe que é consumidor secundário, come peixes pequenos dentro de seu próprio nível trófico. Todos os peixes são comidos por um peixe chamado lampreia-marinha. Assim, a cadeia alimentar é complexa, com camadas entrelaçadas.
Crédito da imagem: "Ecology of ecosystems: Figure 5," por OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Trabalho original por NOAA, GLERL.
Nas teias alimentares, as setas apontam a partir do organismo que é comido e vai na direção do organismo que o come. Como apresentado na teia alimentar acima, algumas espécies podem comer organismos de mais de um nível trófico. Por exemplo, o camarão come tanto os produtores primários quanto os consumidores primários.
Pergunta bônus: essa teia alimentar contém a cadeia alimentar que vimos anteriormente neste artigo (algas verdes → moluscos → Cottus cognatus → salmão). Você consegue encontrá-la?

Teias alimentares de pastejo vs. teias alimentares de detritos

As teias alimentares normalmente não mostram os decompositores (a do Lago Ontário que acabamos de ver, por exemplo, não mostra). No entanto, todos os ecossistemas precisam de formas de reciclar os resíduos e materiais mortos. Isso significa que os decompositores estão de fato presentes, mesmo que não sejam mostrados.
Por exemplo, no ecossistema campestre mostrado abaixo, há uma teia alimentar de pastejo de plantas e animais, a qual fornece insumos para a teia alimentar de detritos de bactérias, fungos e detritívoros. A teia de detritos é mostrada de forma simplificada na faixa marrom na parte abaixo do diagrama. Na realidade, ela consistiria em diversas espécies interligadas por interações alimentares específicas (isto é, conectadas por flechas, como na teia alimentar de pastejo acima do solo). As teias alimentares de detritos podem fornecer energia para as teias alimentares de pastejo, como quando um passarinho come uma minhoca.
O nível inferior da ilustração mostra os decompositores, que incluem fungos, bolores, minhocas e bactérias no solo. O nível seguinte, acima dos decompositores, mostra os produtores: plantas. O nível acima dos produtores mostra os consumidores primários que comem os produtores. Alguns exemplos são esquilos, ratos, pássaros que se alimentam de sementes e besouros. Consumidores primários por sua vez são comidos por consumidores secundários, tais como o pisco-de-peito-ruivo, centopeias, aranhas e sapos. Os consumidores terciários tais como as raposas, corujas e cobras comem consumidores secundários e primários. Todos os consumidores e produtores tornam-se, ao final, alimento para os decompositores.
Imagem modificada de "Energy flow through ecosystems: Figure 5," por OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Para acessar os créditos completos das imagens originais, acesse o link abaixo.

A eficiência da transferência de energia limita o tamanho da cadeia alimentar

A energia é transferida entre níveis tróficos quando um organismo come outro e obtém moléculas ricas em energia do corpo de sua presa. Contudo, essas transferências são ineficientes, e esta ineficiência limita o comprimento das cadeias alimentares.
Quando a energia entra em um nível trófico, parte dela é armazenada como biomassa (como parte do corpo dos organismos). Essa é a energia que está disponível para o próximo nível trófico, já que somente a energia armazenada como biomassa pode ser comida. Como princípio geral, somente cerca de 10% da energia que é armazenada como biomassa em um nível trófico (por unidade de tempo) acaba armazenada como biomassa no nível trófico seguinte (pela mesma unidade de tempo). É importante memorizar essa regra dos 10% de transferência de energia.
Como exemplo, vamos supor que os produtores primários de um ecossistema armazenem 20.000 kcal/m2/ano de energia na forma de biomassa. Essa também é a quantidade de energia por ano que é disponibilizada para os consumidores primários, os quais comem os produtores primários. A regra dos 10% prevê que os consumidores primários armazenam apenas 2.000 kcal/m2/ano de energia em seu corpo, o que torna menor a taxa de energia disponível para seus predadores (os consumidores secundários).
Esse padrão de transferência fracionária limita o comprimento das cadeias alimentares: após um determinado número de níveis tróficos (geralmente 3 - 6), o fluxo energético é muito baixo para sustentar uma população em um nível mais alto.
Pirâmide trófica ilustrando a regra dos 10% de transferência de energia.
Energia luminosa é capturada por produtores primários.
Quantidade de energia armazenada como biomassa:
Produtores primários - 20.000 kcal por metro quadrado por ano
Consumidores primários - 2.000 kcal por metro quadrado por ano
Consumidores secundários - 200 kcal por metro quadrado por ano
Consumidores terciários - 20 kcal por metro quadrado por ano
Consumidores quaternários - 2 kcal por metro quadrado por ano
Em cada nível, a energia é perdida diretamente como calor ou na forma de resíduos e matéria morta que vai para os decompositores. Por fim, os decompositores metabolizam os resíduos e matéria morta, liberando sua energia também como calor.
Imagem modificada de "Ecological pyramid," por CK-12 Foundation, CC BY-NC 3.0.
Por que tanta energia sai da teia alimentar entre um nível trófico e o seguinte? Aqui estão algumas das principais razões para a transferência de energia ineficiente1,2:
  • Em cada nível trófico, uma quantidade significativa da energia é dissipada como calor, à medida que os organismos realizam a respiração celular e realizam suas atividades cotidianas.
  • Parte das moléculas orgânicas que um organismo come não pode ser digerida e deixa o corpo na forma de fezes (cocô) em vez de ser utilizada.
  • Nem todos os organismos individuais em um nível trófico serão comidos por organismos do nível superior. Alguns, ao contrário, morrem sem terem sido comidos.
As fezes e os organismos mortos não comidos tornam-se alimento para os decompositores, que os metabolizam e convertem sua energia em calor por meio da respiração celular. Assim, nenhuma energia, de fato, desaparece – no fim das contas, tudo termina na forma de calor.

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